1.3 动量守恒定律 教学设计-2026-2027学年高二上学期物理人教版选择性必修第一册

3. 动量守恒定律 教学设计

人教版（2019）高中物理选择性必修第一册 · 第一章第3节

一、教材分析

本节是人教版《物理》选择性必修第一册第一章第3节，承接第1节“动量”、第2节“动量定理”。前两节研究的对象是单个物体，本节把研究对象由单个物体拓展到由两个（或多个）物体组成的系统：在动量定理的基础上，通过分析碰撞过程中系统内相互作用的冲量关系，归纳出自然界普遍适用的守恒规律——动量守恒定律。

动量守恒定律是本章的核心内容，也是整个高中物理的重点内容之一。它为学生提供了一条区别于牛顿运动定律的新思路：不必追究碰撞过程中力的细节，只需关注系统初、末两个状态的动量，就能对相互作用问题作出可靠判断。学好本节内容，为下一节的实验验证和后续综合问题的处理奠定基础。

二、学情分析

学生已经学习了动量的概念和动量定理，知道了力对时间的累积效果是冲量，掌握了单个物体受到的冲量与其动量变化之间的关系；在前面“探究碰撞中的不变量”的学习中，学生对碰撞过程有了初步的感性认识，初步了解用实验方法研究碰撞问题。以上知识储备为本节借助具体物理情景研究系统内物体相互作用时的冲量与动量关系提供了条件。

学生的困难主要有三处：一是习惯于对单个物体应用牛顿定律和动量定理，初次面对“系统”这一研究对象时，容易忽视内力与外力的区分；二是缺少从理论上证明“碰撞前后动量之和不变”的定量推理体验，需要完整的推导过程来建立认识；三是动量的矢量性容易被忽略，列方程时对正方向的约定不熟练。教学中应通过具体情景和分步推导帮助学生突破。

三、教学目标（核心素养）

1. 物理观念：理解动量守恒定律的内容、表达式及成立条件，深化对动量概念和“系统”观念的认识。

2. 科学思维：会根据动量定理和牛顿第三定律推导动量守恒定律，经历“从特殊碰撞情景归纳出普遍规律”的科学推理过程；能在具体问题中判断系统动量是否守恒，并熟练应用动量守恒定律分析和解决碰撞类问题。

3. 科学探究：通过观察小车（滑块）碰撞演示实验，提出问题、作出猜想，再经推理论证检验猜想，体会实验探究与理论推导相结合的研究方法。

4. 科学态度与责任：体会守恒思想在物理学中的重要地位，感受物理规律的简洁与和谐，养成严谨规范、实事求是的态度。

四、教学重难点

教学重点：理解动量守恒成立的条件，掌握定律表达式的推导过程及其应用。

教学难点：理解动量守恒的物理内涵，把握动量守恒方程的矢量性（正方向约定与正负号的意义），并应用动量守恒定律解决问题。

五、教学准备

教师准备多媒体课件与学案，并准备以下演示器材，用于课堂导入环节的两小车碰撞演示：

六、教学过程（45分钟）

（一）课堂导入（5分钟）

教师活动：上一节我们通过分析一辆运动的小车碰撞一辆静止的小车，得出了碰撞前后两小车动量之和保持不变的结论。教师顺势提问：对于其他物体的碰撞也是这样的吗？这是巧合，还是一条普遍规律？怎样才能证明这一结论？

演示实验：让两辆质量不同、装有弹簧片的小车在光滑水平导轨上运动并发生碰撞，学生观察碰撞前后两车运动状态的改变。

学生活动：回忆实验现象与已有结论，猜想“碰撞前后动量之和不变”可能对一切碰撞都成立，并思考如何从理论上加以证明。

教师引导：下面我们就以两个物体沿同一直线碰撞为模型，从动量定理出发，讨论相互作用的两个物体的动量改变问题，寻找碰撞中的不变量。

【设计意图】由已有实验结论出发提出更高层次的问题，激发学生从“实验发现”走向“理论论证”的探究欲望，自然引出本节课题。

（二）新课探究：碰撞中的不变量（12分钟）

活动一：观察碰撞，分析受力

课件出示情景（如图1）：光滑水平面上，物体A（质量为）以速度向右运动，追上前方以速度向右运动的物体B（质量为），发生正碰后，A的速度变为，B的速度变为。

图1　光滑水平面上A、B两物体的碰撞过程

问题1：物体A、B各受到哪些力的作用？影响它们动量变化的是哪些力的冲量？这些冲量之间有什么关系？

学生讨论后明确：A、B均受到重力、支持力和相互作用的弹力；其中重力与支持力恰好平衡，影响A、B动量变化的只是它们之间相互作用的弹力（内力）的冲量。这一对力作用时间相同，对A、B的冲量大小相等、方向相反。

问题2：规定初速度方向（向右）为正方向，结合牛顿第三定律和动量定理，分别写出两个物体动量变化的表达式，并比较碰撞前后系统的总动量，你有什么发现？

教师引导学生分步推导（学生口述依据，教师板书）：

对B（质量为），由动量定理：

对A（质量为），同理有：

A对B的作用力与B对A的作用力是一对作用力与反作用力，由牛顿第三定律：，且两个力作用的时间相同。

所以：

整理得：

发现：碰撞前后，两个物体动量之和保持不变。这就是隐藏在碰撞现象背后的“不变量”。

问题3：碰撞时的相互作用力是变力，上述推导结果还成立吗？

明确：成立。相互作用力无论是恒力还是变力，作用时间总是相同，这对力对两个物体的冲量始终大小相等、方向相反，上述关系不受影响。

问题4：碰撞前后满足“动量之和不变”的两个物体，受力情况有什么共同特点？

明确：系统不受外力，或所受外力的合力为零（情景中重力与支持力恰好平衡）。

问题5：由以上分析，两个物体组成的系统动量守恒需要满足什么条件？

明确：系统不受外力，或者所受合外力为零。